110KV降压变电站电气一次部分初步设计

110KV降压变电站电气一次部分初步设计一、变电站的作用1.变电站在电力系统中的地位电力系统是由变压器、输电线路、用电设备组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。

电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分配（电力传输线、配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。

2.电力系统供电要求（1）保证可靠的持续供电：供电的中断将使生产停顿，生活混乱，甚至危及人身和设备的安全，形成十分严重的后果。

停电给国民经济造成的损失远远超过电力系统本身的损失。

因此，电力系统运行首先足可靠、持续供电的要求。

（2）保证良好的电能质量：电能质量包括电压质量，频率质量和波形质量这三个方面，电压质量和频率质量均以偏移是否超过给定的数来衡量，例如给定的允许电压偏移为额定电压的正负5%，给定的允许频率偏移为正负0.2—0.5%HZ 等，波形质量则以畸变率是否超过给定值来衡量。

（3）保证系统运行的经济性：电能生产的规模很大，消耗的一次能源在国民经济一次能源总消耗占的比重约为1/3 ，而且在电能变换，输送，分配时的损耗绝对值也相当可观。

因此，降低每生产一度电能损耗的能源和降低变换，输送，分配时的损耗，又极其重要的意义。

二、变电站与系统互联的情况1.待建变电站基本资料（1）待建变电站位于城郊，站址四周地势平坦，站址附近有三级公路，交通方便。

（2）该变电站的电压等级为110KV,35KV,10KV三个电压等级。

110KV是本变电站的电源电压，35KV，10KV是二次电压。

（3）该变电站通过双回110KV线路与100公里外的系统相连，系统容量为1250MVA，系统最小电抗（即系统的最大运行方式）为0.2（以系统容量为基准），系统最大电抗（即系统的最小运行方式）为0.3。

2.35KV和10KV负荷统计资料35KV和10KV用户负荷统计资料如表1-1,1-2所示，最大负荷利用小时为Tmax=5500h,同时率取0.9，线损率取5%，功率因数取0.95。

线路每相每公里电抗值X0=0.4Ω/km 基准电压UB取各级的平均电压，平均电压为1.05 额定电压。

三、电气主接线设计及主变压器的选择1.变电站电气主接线的设计原则①接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少的或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥型接线等。

在110—220kV 配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥型接线，当出线不超过4 回时，一般采用单母线接线，在枢纽变电站中，当110—220kV 出线在4 回及以上时，一般采用双母线接线。

在大容量变电站中，为了限制6—10kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：1）变压器分列运行；2）在变压器回路中装置分裂电抗器；3）采用低压侧为分裂绕组的变压器；4）出线上装设电抗器。

②断路器的设置：根据电气接线方式，每回线路均应设有相应数量的断路器，用以完成切、合电路任务。

③为正确选择接线和设备，必须进行逐年各级电压最大最小有功和无功电力负荷的平衡。

2.主变压器的选择主变容量一般按变电站建成近期负荷5～10 年规划选择，并适当考虑远期10～15 年的负荷发展，对于城郊变电所主变压器容量应当与城市规划相结合，从长远利益考虑，根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合确定。

在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。

装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。

1）相数：容量为300MW 及以下机组单元接线的变压器和330kV 及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。

因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大。

同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。

2）绕组数与结构：电力变压器按每相的绕组数为双绕组、三绕组或更多绕组等型式；按电磁结构分为普通双绕组、三绕组、自耦式及低压绕组分裂式等型式。

在发电厂或变电站中采用三绕组变压器一般不多于3 台，以免由于增加了中压侧引线的构架，造成布置的复杂和困难。

3）绕组接线组别：变压器三绕组的接线组别必须和系统电压相位一致。

否则，不能并列运行。

电力系统采用的绕组连接有星形“Y”和三角形“D”。

在发电厂和变电站中，一般考虑系统或机组的同步并列以要求限制3 次谐波对电源等因素。

根据以上原则，主变一般是Y，D11 常规接线。

4）调压方式：为了保证发电厂或变电站的供电质量，电压必须维持在允许范围内，通过主变的分接开关切换，改变变压器高压侧绕组匝数。

从而改变其变比，实现电压调整。

通常，发电厂主变压器中很少采用有载调压。

因为可以通过调节发电机励磁来实现调节电压，对于220kV 及以上的降压变压器也仅在电网电压有较大变化的情况时使用，一般均采用无激磁调压，分接头的选择依据具体情况定。

5）冷却方式：电力变压器的冷却方式随变压器型式和容量不同而异，一般有自然风冷却、强迫风冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却。

根据以上变压器选择原则，结合原始资料提供的信息，分析后决定本变电站用2台三相三绕组的变压器，并采用YN，yn0,d11接线。

由原始资料可知，P10=7.8MW，P35=6.9 MW设负荷同时率系数K1取0.9，线损平均取5%，即K2=1.05，功率因数cosφ取0.95。

则10kV 和35kV 的综合最大负荷分别为：S10MAX=K1K2P10/cosφ=0.9×1.05×7.8÷0.95=7.76（MVA）S35MAX=K1K2P35/cosφ=0.9×1.05×6.9÷0.95=6.86（MVA）每台变压器额定容量为：S N=0.6S M=0.6（S10MAX+S35MAX）=0.6×（6.86+7.76）=8.772（MVA）由此查询变电站设计参考资料选得的变压器参数如下表：检验：当一台主变不能正常工作时，只有一台主变工作且满载则，S1=10000KVA,占总负荷的百分比为10/14.62=68%，且还未计及变压器事故过负荷40%的能力，所以所选变压器满足要求。

3.电器主接线选择（单母线分段接线方式）优点：①、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②、当一段母线故障时，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电，故障时停电范围小，供电的可靠性提高；③、扩建时需向两个方面均衡扩建；④、接线简单清晰，操作方便，不易误操作，设备少，投资小，占地面积小，为以后的发展和扩建奠定了基础。

缺点：①、当一段母线或母线侧隔离开关故障或检修时，该母线的回路都要在检修期间停电。

②、当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。

适用范围：适用于6～10kV 线路出线16 回及以下，每段母线所接容量不宜四、短路电流计算短路的危害：（1）通过故障点的短路电流和所燃起的电弧，使故障元件损坏；（2）短路电流通过非故障元件，由于发热和电动力的作用，引起他们的损坏或缩短他们的使用寿命；（3）电力系统中部分地区的电压大大降低，破坏用户工作的稳定性或影响工厂产品质量；（4）破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至整个系统瓦解。

1.本变电站短路电流计算用标幺值进行计算，基准容量S B=100MVA，线路每相每公里电抗值由于本变电站所用三绕组变压器为降压变压器，所以其各电压侧阻抗电压正系统等值网络图如下：其中，三绕组变压器电抗标幺值：U T11%=U T21%=1/2（U d1-2%﹢U d1-3%﹣U d2-3%）=0.5×（10.5﹢17﹣6）=10.75U T12%=U T22%=1/2（U d1-2%﹢U d2-3%﹣U d1-3%）=0.5×（10.5﹢6﹣17）=﹣0.25U T13%=U T23%=1/2（U%﹢U d1-3%﹣U d1-2%）=0.5×（6﹢17﹣d2-310.5）=6.25则：X T11*=X T21*=U T11%/100·S B/S N=10.75÷100×100÷10＝1.075X T12*=X T22*=0X T13*=X T23*=U T13%/100·S B/S N=6.25÷100×100÷10＝0.625线路的电抗标幺值：X L1*=X L2*=X0·l·S B/U B2=0.4×100×100÷1152=0.3025系统电抗标幺值，由于要求三相短路电流，所以用最大运行方式下的系统电抗：X S *=X Smin ·S B /S S =0.2×100÷1250=0.016由此得到含短路点的等值网络简化图如下：1）110kV 侧（K1 点）发生三相短路时：等值网络图如下：此时短路点总电抗标幺值为： X Σ110*=X S *+X L *=0.016+0.3025÷2=0.16725 电源对短路点的计算阻抗为：X BS110=X Σ110*•S S /S B =0.16725×1250÷100=2.09通过查“水轮发电机运算曲线数字表”得： I (0)“*=0.509 I (1)“*=0.525 I (2)“*=0.525 I (4)“*=0.525 110kV 侧的基准电流为：I B110=S B /U B110=100÷÷115=0.502（kA ）短路电流有名值为：I (0)“=I (0)“*·I B110=0.509×0.502=0.256（kA ） I (1)“=I (1)“*·I B110=0.525×0.502=0.264（kA ）X sX L1X L2W 1XT 21XT 11X T22X T23X T12X T13W 2W 3K 1K 2K 3X sX LW 1K 1I (2)“=I (2)“*·I B110=0.525×0.502=0.264（kA ） I (4)“=I (4)“*·I B110=0.525×0.502=0.264（kA ）冲击电流为： i cj =2.55•I (0)“=2.55×0.256=0.653（kA ）2）35kV 侧（K2 点）发生三相短路时：等值网络图如下：此时短路点总电抗标幺值为：X Σ35*=X S *+X L *+X T1*+X T2*=0.016+0.3025÷2+（1.075+0）/2=0.70475电源对短路点的计算阻抗为：X BS35=X Σ35*•S S /S B =0.70475×1250÷100=8.809>3.45当X BS >3.45 时，求短路电流不用查表法，用倒数法： I “*=I ∞*=1/X BS35=1÷0.70475=1.418943 35kV 侧的基准电流为： I B35=S B /U B35=100÷÷37=1.56（kA ） 短路电流有名值为： I “=I “*·I B35=1.418943×1.56=2.213551（kA ） 冲击电流为：i cj =2.55•I “=2.55×2.213551=5.645（kA ）3）10kV 侧（K3 点）发生三相短路时：等值网络图如下：X sX LW 1X T1X T2W 2K 2X sX LW 1X T1X T3W 3K 3此时短路点总电抗标幺值为：X Σ10*=X S *+X L *+X T1*+X T3*=0.016+0.3025÷2+（1.075+0.625）/2=1.017电源对短路点的计算阻抗为：X BS10=X Σ10*•S S /S B =1.017×1250÷100=12.716>3.45当X BS >3.45 时，求短路电流不用查表法，用倒数法：I “*=I ∞*=1/X BS35=1÷1.017=0.98328410kV 侧的基准电流为： I B10=S B /U B10=100÷÷10.5=5.499（kA ） 短路电流有名值为： I “=I “*·I B10=0.983284×5.499=5.40708（kA ）冲击电流为：i cj =2.55•I “=2.55×5.40708=13.78805（kA ）系统最大运行方式下的三相短路电流短路点 0s 短路电 流（kA ） 1s 短路电 流（kA ） 2s 短路电 流（kA ） 4s 短路电 流（kA ） 稳态短路 电流（kA ） 冲击电流（KA ）K1（110KV ） 0.256 0.2640.2640.2640.653K2（35KV ）2.214 5.645K3（10KV ）5.40713.781. 断路器及校验目前，使用得最多的是少油断路器，六氟化硫断路器和空气断路器。